Reporte de la Practica #7 "Propiedades Termodinamicas del Vapor de Agua"

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UNIVERSIDAD NACIONAL AUTONOMA DE MEXICO FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES PLANTEL ARAGON INGENIERIA MECANICA LABORATORIO DE TERMODINAMICA PRACTICA #7 PROPIEDADES TERMODINAMICAS DEL VAPOR DE AGUA JUAREZ HERNANDEZ CARLOS GARCIA LEON ARTURO ING. ALEJANDRO RODRIGUEZ LORENZANA GRUPO: MARTES DE 17:30 19:00 HRS

FECHA DE REALIZACION: MARTES 18 DE OCTUBRE DE 2011 FECHA DE ENTREGA: MARTES DE 25 OCTUBRE DE 2011

Practica No. 7 Propiedades Termodinmicas del Vapor de AguaTABLA DE CONTENIDO

OBJETIVO AVTIVIDADES MATERIAL SUSTANCIAS ASPECTOS TEORICOS DIAGRAMAS DE FASE DIAGRAMAS PRESION-VOLUMEN DOMO DE VAPOR VAPOR CALIDAD DE VAPOR COMBUSTION CALORIMETRO DE ESTRANGULAMIENTO

DESARROLLO ACTIVIDAD 1 ACTIVIDAD 2 ACTIVIDAD 3 ACTIVIDAD 4

TABLAS DE LECTURAS MEMORIA DE CALCULOS TABLAS DE RESULTADOS CONCLUSIONES CUESTIONARIO BIBLIOGRAFIA

LABORATIORIO DE TERMODINAMICA

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Practica No. 7 Propiedades Termodinmicas del Vapor de AguaOBJETIVO

Determinar las propiedades termodinmicas de una sustancia a partir de un calormetro de estrangulamiento.

ACTIVIDADES

Determinar la presin absoluta en la caldera y en el calormetro. Calcular las propiedades termodinmicas en el calormetro. Obtener la calidad de vapor en la caldera. Calcular las propiedades termodinmicas del vapor de agua en la caldera.

EQUIPO Y MATERIAL

Planta de vapor marca PLINT. Termmetro de 0 a 200C. Barmetro.

SUSTANCIAS

Agua destilada.

ASPECTOS TEORICOSDiagramas de Fase:Es un diagrama que muestra el comportamiento de una sustancia simple compresible. Por ejemplo, la siguiente figura muestra el calentamiento de una sustancia a presin constante, donde la sustancia original est en si fase solida, es decir en su estado 1. Cuando al solido se le suministra energa se calienta y consecuentemente aumenta su temperatura y volumen especifico, esto ocurrir mientras se siga suministrando energa hasta que la sustancia alcance la temperatura de fusin (T f) correspondiente a LABORATIORIO DE TERMODINAMICA Pgina 3

Practica No. 7 Propiedades Termodinmicas del Vapor de Aguala presin a la que se realiza el experimento, hasta el punto donde la temperatura ya no aumenta, es decir, permanecer constante, caso contrario a lo que le sucede al volumen especifico, es decir, continua aumentando esto se debe a que cuando la sustancia alcanza la temperatura de fusin (T F) empieza a cambiar de fase de solido a liquido (fusin) y mientras el cambio de fase no concluya la temperatura permanece constante (T2=T3). El punto 2 donde empieza el slido a cambiar de fase se conoce como SOLIDO SATURADO y en el punto 3 como LIQUIDO SATURADO. Si se contina suministrando energa a la sustancia en el punto 3, donde ya toda la sustancia es lquido volver a incrementarse su temperatura y su volumen especifico hasta alcanzar la temperatura de ebullicin o de vaporizacin (TV). Al alcanzar dicha temperatura la sustancia vuelve a cambiar de fase, de liquido a gas o vapor y durante todo el cambio de fase la temperatura del vapor permanece constante, es decir, T4=T5=TV. Al liquido en el punto 4 tambin se le llama LIQUIDO SATURADO, la diferencia entre los puntos 3 y 4 es que se encuentran uno se encuentra saturado con respecto al solido y el otro con respecto al vapor, adems T4>T3 eso es porque siempre Tv>Tf. Al vapor en el punto 5 se llama VAPOR SATURADO, si se le suministra ms energa, su temperatura sigue incrementndose al igual que su volumen especfico. Si la sustancia se encuentra a una temperatura mayor que la de vaporizacin, correspondiente a la presin existente se dice que la sustancia se encuentra como VAPOR SOBRECALENTADO.

Diagrama Presin-Volumen del Domo de Vapor:Este diagrama es muy utilizado para el anlisis de cambio de fase de lquido a vapor y viceversa. Se acostumbra a utilizar los subndices f y g para sealar los estados de saturacin del lquido y vapor respectivamente. Por ejemplo a la temperatura T, marcada en el diagrama el lquido saturado tendr un volumen especfico vf y el vapor saturado un volumen especfico vg. Para sealar la diferencia de una misma propiedad entre el vapor y el lquido saturado se utiliza el subndice fg. Cuando se conjunta los diagramas T-v, T-P y P-v en uno solo se obtiene un diagrama tridimensional conocido como Superficie P-v-T de la sustancia en cuestin. Los valores de P, v, T, u y h y otras propiedades se determinan mediante el uso de ecuaciones de estado y la experimentacin estos valores se han tabulado y grafica en las tablas y graficas Termodinmicas. Estas facilitan el anlisis y resolucin de muchos problemas de Termodinmica. LABORATIORIO DE TERMODINAMICA Pgina 4

Practica No. 7 Propiedades Termodinmicas del Vapor de AguaSon de particular inters las tablas de vapor saturado y sobrecalentado, as como los diagramas que comprenden los domos de vapor. Esto se debe a que el vapor de algunas sustancias, como el agua, el fren y el mercurio son muy utilizados como sustancias de trabajo en muchos dispositivos y maquinas trmicas.

Vapor:Es el gas que resulta de la evaporizacin o ebullicin (paso de un liquido a vapor) o de la sublicuacion de un slido. La aplicacin de calor a un lquido sujeto a presin, da lugar a un cambio de estado fsico es decir, el lquido se convierte en vapor. Si se contina calor hasta que la ltima partcula del lquido se haya evaporado, resulta vapor saturado seco. El vapor puede adquirir tres formas: 1) Vapor saturado.- Se obtiene cuando la presin del vapor depende nicamente de la temperatura y en condiciones especiales se puede encontrar en equilibrio con la fase liquida. 2) Vapor Seco.- Se obtiene cuando la fase liquida ha desaparecido totalmente. Esto se logra cuando incrementemos la temperatura al vapor saturado sin que este llegue a alcanzar la temperatura crtica. 3) Vapor Recalentado.- Es el vapor de agua empleado como fuerza electromotriz este se obtiene al calentar el vapor seco, siempre por debajo de la temperatura critica.

Calidad de Vapor:Representa la cantidad de vapor que se encuentra en la mezcla saturada; es decir la razn de la masa del vapor a la masa de la mezcla:

Combustin:Es la oxidacin rpida del carbono contenido en un combustible con el oxigeno del aire. Los productos de la combustin son: calor, luz y gases quemados.

Calormetro de Estrangulacin:Un calormetro de estrangulacin para vapor es un instrumento utilizado para determinar la calidad del vapor hmedo que fluye por un cabezal. Su funcionamiento se basa en el hecho de que cuando el vapor hmedo se estrangula, se forma vapor sobrecalentado. LABORATIORIO DE TERMODINAMICA Pgina 5

Practica No. 7 Propiedades Termodinmicas del Vapor de AguaDESARROLLO1. Revise que haya suministro de agua de la red. 2. Asegrese que el nivel de agua en la caldera sea el adecuado verificando en el indicador de nivel que sea su mximo permisible. 3. Compruebe que el equipo se encuentre conectado a la toma de corriente. 4. Abra la vlvula del sistema de agua de enfriamiento. 5. Accione los interruptores de las resistencias elctricas, estos se encuentran en el panel del equipo. 6. Espere a que la temperatura y la presin empiecen a incrementarse, cuando esto suceda, abra la vlvula de control de flujo de vapor para purgar el aire que se encuentra dentro de la caldera. 7. Cierre la vlvula de control del flujo de vapor y espere a que la presin en la caldera se incremente hasta 350 KN/m2, abra la presin de la vlvula de control del flujo de vapor y cuando la presin descienda a 300 KN/m2, tome las lecturas de presin y temperatura en la caldera as como la presin y temperatura en el calormetro. Anotarlas en la tabla 7.1A. NOTA: la presin en la caldera se controla incrementando o disminuyendo la energa suministrada, por lo que si la presin excede a mas de 300 KN/m 2 , desactive una de las resistencias, cuando la presin empiece a disminuir, active nuevamente la resistencia. Al finalizar la toma de lecturas realice las siguientes acciones: 1. Apague las resistencias. 2. Abra las vlvulas de control de la caldera y el calormetro para el vapor escape. 3. Una vez que ya no salga vapor, cierre la vlvula de agua de enfriamiento. 4. Desconecte el equipo del suministro electrnico. 5. Obtenga la presin atmosfrica en el barmetro del laboratorio.

Actividad I: Presin Absoluta del sistemaCon el dato obtenido de la presin atmosfrica del laboratorio, calcula la presin absoluta en Bar, en la caldera. Anotar su valor en la tabla 7.1A.

LABORATIORIO DE TERMODINAMICA

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Practica No. 7 Propiedades Termodinmicas del Vapor de AguaActividad II: Propiedades termodinmicas del vapor sobrecalentadoRealizando el estudio en el calormetro de estrangulamiento y aplicando la Primera Ley de la Termodinmica, se concluye que el proceso interno que se lleva a cabo en el calormetro es isoentlpico, es decir a entalpia constante h1 = h2. Aplicando la Primera Ley de la Termodinmica:

Haciendo el anlisis correspondiente, concluye que: Q=0, debido a que no se suministra calor al sistema. W=0, ya que le sistema no entrega trabajo. Ep=0, ya que tanto en la caldera como en el calormetro se encuentran prcticamente a la misma temperatura y presin. Ec=0, debido a que no hay variacin de la velocidad del fluido a la entrada y salida del mismo.

Por tanto:

Donde: U = incremento de energa interna (joule, ergios). Wf = trabajo de flujo (joule, ergios). Aplicada a la entrada y salida del calormetro:

Y la energa trmica especifica:

Empleando la definicin de entalpia, tenemos:

Por tanto: LABORATIORIO DE TERMODINAMICA Pgina 7

Practica No. 7 Propiedades Termodinmicas del Vapor de Agua

Esto implica que el proceso si es isoentlpico, es decir:

O bien:

Esto queda representado en un diagrama T-S como:

Lo cual indica que en el punto 2 el vapor se encuentra sobrecalentado y la entalpia se puede